EAST托卡马克上惰性气体注入下晕电流缓解实验及其物理机制的研究

Disruption halo currents pose a significant risk to fusion reactor, high pressure noble gas injection is one of the most promising technique to mitigate the halo currents. However, the effects of halo current mitigaiton vary with the devices, also the physics has not been discussed in details and systematically. The fast MGI valve on EAST has been successfully tested, the diagnostic systems work well. Based on these, we plan to study the physics of halo current mitigation at higher current and higher temperature, with the MHD instability、gas penetration time and other diagnostic measurements carefully investigated respectively. With success implementation of the project, a big progress of halo current mitigation physics could be made, which is also critical to the next fusion device, such as CFETR.

等离子体破裂下晕电流问题严重威胁着聚变装置安全运行，高压惰性气体注入是缓解晕电流最有效的手段之一。实验发现，不同装置上晕电流缓解效果存在差异，且相关物理分析不够全面。目前，EAST托卡马克装置上已经成功研发了一套高压充气阀门，在前期的破裂缓解实验中，已经成功验证了相关系统能力和相关诊断可行性。以此为基础，本项目计划在更高等离子体参数下进行晕电流缓解实验，结合芯部磁流体不稳定性、气体渗透时间、以及晕电流等要素的同时测量，分析和建立破裂过程中晕电流的缓解机制，研究破裂下各参数和晕电流的依赖关系，希望在晕电流缓解物理上得到实质性进展，为下一代聚变装置设计提供经验。

等离子体破裂期间，刮削层区域形成的晕电流最大可以会达到50%等离子体电流量级。随着等离子体碰壁，这些电流会流入内部结构，与强大的纵场作用下，形成巨大的电磁力，严重威胁着内部部件的安全。提前进行晕电流缓解对于聚变堆安全至关重要。大量杂质气体注入指的是，在等离子体即将破裂前，向等离子体注入大量惰性气体，通过增加杂质辐射效应，增大等离子体电阻，起到加快电流猝灭，缩短垂直位移深度，从而有效降低晕电流沉积的目的。本项目主要研究内容有：1）通过向等离子体注入少量氦气，研究气体渗透过程和渗透深度，理解杂质输运机制；2）建立破裂缓解数据库，通过不同气体种类，不同气量扫描，确定不同储能等离子体缓解区间，为破裂预警时间提出需求；3）研究不同气体下辐射效应以及逃逸电子激发阈值等问题。